中南大学结构力学课件 1绪论
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结构力学绪论01
确半铰定结点计算简图的原则： 1.能反映实际结构的主要力学特性; 2.分析计算尽可能简便简化内容:源自铰结点1.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
刚结点
§2 . 杆件结构的计算简图
计算简图:
在结构分析当中用来代替实际结构的计算模型(图形)
确定计算简图的原则：
1.能反映实际结构的主要力学特性; 2.分析计算尽可能简便
简化内容:
1.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
3.支座的简化: 固定铰支座 可动较支座 固定端支座 滑动支座(定向支座)
结构力学
绪论
1 . 结构力学的内容和任务
一.对象
结构：承受并传递荷载的骨架部分 结构分为:杆系结构,板壳结构,实体结构
二.任务 研究结构的刚度,强度,稳定性的
计算原理和计算方法
三.内容 结构组成;内力,位移,临界力计算.
§2 . 杆件结构的计算简图
计算简图:
在结构分析当中用来代替实际结构的计算模型(图形)
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
刚结点
§2 . 杆件结构的计算简图
计算简图:
在结构分析当中用来代替实际结构的计算模型(图形)
确定计算简图的原则：
1.能反映实际结构的主要力学特性; 2.分析计算尽可能简便
简化内容:
1.杆件的简化: 杆件
杆件的轴线
2.结点的简化: 刚结点 铰结点 半铰结点(组合结点)
3.支座的简化: 固定铰支座 可动较支座 固定端支座 滑动支座(定向支座)
结构力学
绪论
1 . 结构力学的内容和任务
一.对象
结构：承受并传递荷载的骨架部分 结构分为:杆系结构,板壳结构,实体结构
二.任务 研究结构的刚度,强度,稳定性的
计算原理和计算方法
三.内容 结构组成;内力,位移,临界力计算.
§2 . 杆件结构的计算简图
计算简图:
在结构分析当中用来代替实际结构的计算模型(图形)
结构力学(全套课件131P) ppt课件
的两根链杆的杆轴可以平行、交叉，或延长线交于
一点。
当两个刚片是由有交汇点的虚铰相连时，两个刚
片绕该交点（瞬时中心，简称瞬心）作相对转动。
从微小运动角度考虑，虚铰的作用相当于在瞬时
中心的一个实铰的作用。
19
20
规则二 （三刚片规则）： 三个刚片用不全在一条直线上的三个单铰（可以
是虚铰）两两相连，组成无多余约束的几何不变体 系。
两个平行链杆构成沿平行方向上的无穷远虚铰。
三个刚片由三个单铰两两相连，若三个铰都有交 点，容易由三个铰的位置得出体系几何组成的结论 。当三个单铰中有或者全部为无穷远虚铰时，可由 分析得出以下依据和结论：
１、当有一个无穷远虚铰时，若另两个铰心的连 线与该无穷远虚铰方向不平行，体系几何不变；若 平行，体系瞬变。
３、通过依次从外部拆除二元体或从内部（基础、 基本三角形）加二元体的方法，简化体系后再作分 析。
41
第一部分 静定结构内力计算
静定结构的特性： １、几何组成特性 ２、静力特性 静定结构的内力计算依据静力平衡原理。
第三章 静定梁和静定刚架
§3-1 单 跨 静 定 梁
单跨静定梁的类型：简支梁、伸臂梁、悬臂梁 一、截面法求某一指定截面的内力
15
１、单约束（见图２-2-2） 连接两个物体（刚片或点）的约束叫单约束。
１）单链杆（链杆）（上图） 一根单链杆或一个可动铰（一根支座链杆）具
有１个约束。 ２）单铰（下图）
一个单铰或一个固定铰支座（两个支座链杆） 具有两个约束。 ３）单刚结点
一个单刚结点或一个固定支座具有３个约束。
16
２、复约束 连接３个（含３个）以上物体的约束叫复约束。
三、对体系作几何组成分析的一般途径
结构力学01第一章.绪论
壳式结构
通过壳体的形状和厚度 承受荷载，如穹顶、储
罐等。
荷载类型与特点
80%
永久荷载
长期作用在结构上的荷载，如结 构自重、土压力等。
100%
可变荷载
随时间变化而变化的荷载，如楼 面活荷载、风荷载、雪荷载等。
80%
偶然荷载
不常出现但一旦出现将对结构产 生重大影响的荷载，如地震力、 爆炸力等。
结构安全性与经济性
跨学科融合
与建筑学、土木工程、机械工程等学 科交叉融合，推动结构力学领域的发 展和创新。
04
结构力学在土木工程领域应用
建筑设计阶段应用
结构分析和设计
利用结构力学原理和方法，对建 筑结构进行受力分析和设计，确 保建筑物在各种荷载作用下的稳 定性和安全性。
优化设计方案
通过结构力学计算和分析，可以 对建筑设计方案进行优化，提高 建筑物的结构性能和经济效益。
国外研究现状
在结构优化设计、新材料应用等方面较为领先，注重创新性和实 用性。
未来发展趋势预测
计算方法创新
发展更高效、精确的计算方法，如有 限元法、离散元法等。
新材料应用
探索新材料在结构力学中的应用，提 高结构性能和耐久性。
智能化发展
结合人工智能、大数据等技术，实现 结构力学设计、分析的智能化和自动 化。
结构力学01第一章绪论
目
CONTENCT
录
• 绪论引言 • 结构力学基本概念 • 结构力学发展历史及现状 • 结构力学在土木工程领域应用 • 结构力学分析方法简介 • 结构力学实验方法及设备介绍
01
绪论引言
课程介绍
结构力学是固体力学的一个分 支，主要研究工程结构受力和 传力的规律，以及如何进行结 构优化的学科。
中南大学结构力学(课堂PPT)
活载：在建筑物施工和使用期间，大小、位置会发生变 化的荷载。
思考：恒载和活载对结构的影响有何不同？
中南大学
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6
19:38
§1-2 荷载的分类
结构力学
2 、按作用位置是否固定分类
固定荷载： 在结构上的作用位置是固定的（如：恒载、 风载、雪载）。
移动荷载： 在结构上的作用位置是移动的（如：汽车荷 载，吊车荷载）。
中国民航飞机钢结构
88层高 420m （曾名列
亚洲第一、 世界第三）
斜拉桥
上海金贸长大厦江世(宇钢三界结宙第构峡一跨飞拱径工5船5程0m)
中南大学
Hale Waihona Puke 退出返回水利工程的拱坝
高速列车
2
19:38
§1-1 结构力学的研究对象及任务
结构力学
2. 结构力学的研究对象 结构力学: 结构+力学
几门力学课程研究对象比较: 理论力学: 研究质点，质点系，刚体; 材料力学: 研究单个杆件;
内，且外力也作平用面在内该
空间结(s构 pacsetructu):r杆 e 件系统的轴系一不平在同
面内，外力也作用平在面任
4. 按内力是否静定分类
静定结:构 内、反力可由静条 力件 平求 衡出 (staticaldleyterminate syst)em 超静定结:还 构需要变形条件 (staticalilndyeterminate syst)em
选取计算简图时应考虑的因素： （1）结构的重要性； （2）设计阶段； （3）计算问题的性质；（4）计算工具。
中南大学
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9
19:38
§1-3 结构的计算简图
结构力学
2、简化方法 对实际结构体系主要进行如下的简化：
思考：恒载和活载对结构的影响有何不同？
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6
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§1-2 荷载的分类
结构力学
2 、按作用位置是否固定分类
固定荷载： 在结构上的作用位置是固定的（如：恒载、 风载、雪载）。
移动荷载： 在结构上的作用位置是移动的（如：汽车荷 载，吊车荷载）。
中国民航飞机钢结构
88层高 420m （曾名列
亚洲第一、 世界第三）
斜拉桥
上海金贸长大厦江世(宇钢三界结宙第构峡一跨飞拱径工5船5程0m)
中南大学
Hale Waihona Puke 退出返回水利工程的拱坝
高速列车
2
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§1-1 结构力学的研究对象及任务
结构力学
2. 结构力学的研究对象 结构力学: 结构+力学
几门力学课程研究对象比较: 理论力学: 研究质点，质点系，刚体; 材料力学: 研究单个杆件;
内，且外力也作平用面在内该
空间结(s构 pacsetructu):r杆 e 件系统的轴系一不平在同
面内，外力也作用平在面任
4. 按内力是否静定分类
静定结:构 内、反力可由静条 力件 平求 衡出 (staticaldleyterminate syst)em 超静定结:还 构需要变形条件 (staticalilndyeterminate syst)em
选取计算简图时应考虑的因素： （1）结构的重要性； （2）设计阶段； （3）计算问题的性质；（4）计算工具。
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§1-3 结构的计算简图
结构力学
2、简化方法 对实际结构体系主要进行如下的简化：
结构力学一绪论
1-1 结构力学的研究对象与任务
1/84
第2页/共84页
1-1 结构力学的研究对象与任务 一、结构
由若干简单构件如杆件、板件等按一定规则组成，并能承受 各种荷载作用的部分或整体。
如：工业厂房、民用房屋、桥梁、隧道、输电塔、电视塔、 伸臂式吊臂和桁架式吊臂、水利水电工程中的水坝、闸门、支臂 结构。
它们承受着由工作装置传来的荷载、结构自重、风力、水压 力等荷载的作用，在外荷载的作用下，结构必须能保持其固有的 几何形状而不发生破坏或产生超过某一容许范畴的大变形——结 构需满足强度、刚度、稳定性要求。
气承式充气结构（用单层薄膜做成）
气垫式充气结构（用双层薄膜做成）
如游泳馆、运动场、展览馆、会议厅、剧场、餐厅、仓库、
暖房等的顶盖，高空探测气球、充气账篷、充气扶梯、充气桥
梁、气垫船艇等
24/84
第25页/共84页
1-1 结构力学的研究对象与任务 二、结构的分类-薄膜充气结构
第26页/共84页
25/84
1-1 结构力学的研究对象与任务
二、结构的分类
6．网架结构：
网架结构是空间杆系结构，杆件主要承受轴力作用，截面 尺寸相对较小；这些空间交汇的杆件又互为支撑，将受力杆件 与支撑系统有机结合起来，因而用料经济。网架结构的优点是 用钢量小，整体性好，制作安装快捷，可用于复杂的平面形式， 缺点是杆件数量多，维护大，不够简洁，高空安装工作量大。 适用于各种跨度的结构，尤其适用于复杂平面形状。
泰州长江大桥
竞标方案(斜拉桥)
23/84
第24页/共84页
1-1 结构力学的研究对象与任务
二、结构的分类
5．薄膜充气结构：
利用充气受压的薄膜都能承受一定的外力的规律，使薄膜和和 加压的气体介质变成能承受荷载的结构。
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1-1 结构力学的研究对象与任务 一、结构
由若干简单构件如杆件、板件等按一定规则组成，并能承受 各种荷载作用的部分或整体。
如：工业厂房、民用房屋、桥梁、隧道、输电塔、电视塔、 伸臂式吊臂和桁架式吊臂、水利水电工程中的水坝、闸门、支臂 结构。
它们承受着由工作装置传来的荷载、结构自重、风力、水压 力等荷载的作用，在外荷载的作用下，结构必须能保持其固有的 几何形状而不发生破坏或产生超过某一容许范畴的大变形——结 构需满足强度、刚度、稳定性要求。
气承式充气结构（用单层薄膜做成）
气垫式充气结构（用双层薄膜做成）
如游泳馆、运动场、展览馆、会议厅、剧场、餐厅、仓库、
暖房等的顶盖，高空探测气球、充气账篷、充气扶梯、充气桥
梁、气垫船艇等
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第25页/共84页
1-1 结构力学的研究对象与任务 二、结构的分类-薄膜充气结构
第26页/共84页
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1-1 结构力学的研究对象与任务
二、结构的分类
6．网架结构：
网架结构是空间杆系结构，杆件主要承受轴力作用，截面 尺寸相对较小；这些空间交汇的杆件又互为支撑，将受力杆件 与支撑系统有机结合起来，因而用料经济。网架结构的优点是 用钢量小，整体性好，制作安装快捷，可用于复杂的平面形式， 缺点是杆件数量多，维护大，不够简洁，高空安装工作量大。 适用于各种跨度的结构，尤其适用于复杂平面形状。
泰州长江大桥
竞标方案(斜拉桥)
23/84
第24页/共84页
1-1 结构力学的研究对象与任务
二、结构的分类
5．薄膜充气结构：
利用充气受压的薄膜都能承受一定的外力的规律，使薄膜和和 加压的气体介质变成能承受荷载的结构。
【经典】结构力学ppt课件
§2-3 几何不变体系的基本组成规则
二元体：两根不在一直线上的链杆连接成一个新结点的构 造称为二元体。
二元体规则 在一个体系上增加或拆除二元体，不会改变原有体系的几何构造性质。
铰结点
链杆
链杆 体系
§2-3 几何不变体系的基本组成规则
分析图示铰结体系
以铰结三角形123为基础，增加一个二元体得结点4， 1234为几何不变体系；如此依次增加二元体，最后的体系为几何不变体系，没 有多余联系。
瞬变体系
可变体系
瞬变体系
§2-7 几何构造与静定性的关系
体系
几何不变体系 (形状、位置不变)
几何可变体系 (形状、位置可变)
无多余联系 有多余联系
可变体系 瞬变体系
静定结构 超静定结构
§2-7 几何构造与静定性的关系 分析图a所示体系
分析图b所示体系
无多余联系的几何不变体系 由平衡方程→三个支反力 →截面内力→静定结构 有多余联系的几何不变体系 由平衡方程不能求全部反力
§2-1 概述
一般结构必须是 几何不变体系
几何不变体系—在不考虑材料应变的条件下，体系的位置 和形状是不能改变的。（图a）
几何可变体系—在不考虑材料应变的条件下，体系的位置和 形状是可以改变的。（图b）
§2-2 平面体系的计算自由度 自由度：确定体系位置所需的独立坐标数
一个点的自由度=2
一个刚片的自由度=2
第一章 绪论
§1-1 结构力学的研究对象和任务 §1-2 荷载的分类 §1-3 结构的计算简图 §1-4 支座和结点的类型 §1-5 结构的分类
§1-1 结构力学的研究对象和任务
结构：工程中担负预定任务、支承荷载的建筑物。 如：房屋、塔架、桥梁、隧道、挡土墙、水坝等。
《结构力学》讲义课件
结构力学讲义第1章绪论§1-1 杆件结构力学的研究对象和任务结构的定义: 建筑物中支承荷载而起骨架作用的部分。
结构的几何分类:按结构的空间特征分类:空间结构和平面结构。
杆件结构力学的任务:(1)讨论结构组成规律与合理形式,以及结构计算简图的合理选择；(2)内力与变形的计算方法.进行结构的强度和刚度验算；(3)讨论结构稳定性及在动力荷载作用下的结构反应。
结构力学的内容(从解决工程实际问题的角度提出)(1) 将实际结构抽象为计算简图；(2) 各种计算简图的计算方法；(3) 将计算结果运用于设计和施工。
§1-2 杆件结构的计算简图1.结构体系的简化一般的构结都是空间结构。
但是，当空间结构在某一平面内的杆系结构承担该平面内的荷载时，可以把空间结构分解成几个平面结构进行计算。
本课程主要讨论平面结构的计算。
当然，也有一些结构具有明显的空间特征而不宜简化成平面结构。
2.杆件的简化铰支座(2) 滚轴支座(3) 固定支座4.(4)定向支座M5.材料性质的简化将结构材料视为连续、均匀、各向同性、理想弹性或理想弹塑性。
6.荷载的简化集中荷载与分布荷载§1-3 杆件结构的类型§1-4 荷载的分类2.4.刚架5.组合结构6.A B荷载可分为恒载和活载。
一、按作用时间的久暂荷载可分为集中荷载和分布荷载 荷载可分为静力荷载和动力荷载 荷载可分为固定荷载和移动荷载。
二、按荷载的作用范围三、按荷载作用的性质四、按荷载位置的变化• §2-1 几何组成分析的目的和概念几何构造分析的目的主要是分析、判断一个体系是否几何可变，或者如何保证它成为几何不变体系，只有几何不变体系才可以作为结构。
几何不变体系：不考虑材料应变条件下，体系的几何形状和位置保持不变的体系一、几何不变体系和几何可变体系几何可变体系：不考虑材料应变条件下，体系的几何形状和位置可以改变的体系。
二、自由度杆系结构是由结点和杆件构成的，我们可以抽象为点和线，分析一个体系的运动，必须先研究构成体系的点和线的运动。
第1章-结构力学绪论PPT课件
静力荷载 动力荷载
静力荷载—— 指荷载的大小、方向和位置不随 时间变化或变化很缓慢的荷载，不至于使结构 产生显著的加速度，可以略去惯性力的影响。
如：自重、其他恒载等。
动力荷载 ——指随时间迅速变化的荷载，会 引起结构振动，产生不容忽视的加速度，必须 考虑惯性力的影响。
如：打桩机的冲击荷载、动力机械产生的振动
支座的作用——传递荷载，固定结构的位置。
.
11
（1）活动铰支座
（ a）
辊轴支座
摇轴支座
弧形支座
图1-3 .
计算简图
12
（ a）
辊轴支座
摇轴支座
弧形支座
计算简图
作用：限制结构沿垂直于支承面方向的移动 。
反力：通过铰A，与支承面垂直 ，但大小和指向未知。
一般情况下，跨度大于20~25m的桥梁，用辊轴 支座； 跨度小时，用摇轴支座或弧形支座。
荷载、风、地震产生的随机荷载……
.
7
(4).按分布情况分 分布荷载
集中荷载
分布荷载：
面荷载 线荷载
线分布荷载
面分布荷载
集中荷载： 点荷载 （KN）
(5)．其它
温度变化、支座移动、制造误差、砼收缩、
砼徐变等也会引起结构产生内力或位移，广义
地讲，这些因素也可视为. 静力荷载。
8
1.3结构的计算简图 (1) 计算简图
如：钢筋砼屋架：
简化计算时取铰结点联结； 精确计算时取刚结点联结。
.
18
例：排架的立柱与基础联结如图：
图1-10
材料1、2若用细石砼， 简化为固定端支座。 材料1 用细石砼，2用沥青麻丝 ，简化为固定铰支座。
.
19
结构力学课件 第1章 绪论
一、荷载与作用 ➢荷载：主动作用在结构上的外力，如自重荷载、风荷载等； ➢广义荷载：外力、温度改变、支座沉降、制造误差、材料的收缩及松 驰、地震作用等； ➢作用：广义荷载，引起结构受力或变形的外因(外力、温度变化、支 座沉降、制造误差、材料收缩以及松弛、徐变等)
二、荷载(作用)的确定
➢荷载(作用)的确定是结构设计中极为重要的工作；
➢《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 ➢《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）
三、荷载的分类 ➢1、根据荷载作用时间的久暂划分
恒载 （永久荷载）
Permanent load 活载
（可变荷载) Variable load
永久作用在结构上的不变 荷载，如构件自重、设备
荷载等
暂时作用在结构上的可变荷载， 列车荷载、风载、地震作用等
三、荷载的分类
➢2、按作用 位置变化情况
固定荷载 移动荷载
作用在结构上的位置 是不变的，如恒载、 某些活载（风载、雪
载等）
能在结构上移动的荷载，如 列车荷载、吊车荷载
三、荷载的分类
静力荷载 动力荷载
➢3、根据荷载对结构产生的动力效应划 分 指大小、方向和位置不随时间 变化或变化很缓慢的荷载，
第一章 绪 论（Introduction )
中国矿业大学 鲁彩凤
§1-1 结构力学的研究对象和任务 §1-2 荷载的分类 §1-3 结构的计算简图 §1-4 杆件结构的分类
§1-1 结构力学的研究对象和任务
(Research object and task of Structural Mechanics )
本节主要内容： 一、工程结构及分类 二、结构力学的研究对象 三、结构力学的任务
第1章绪论(李廉锟_结构力学-中南大学2013年课件)资料
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荷兰拦海大坝 17:12
结构力学
西南科技大学
长江三峡工程
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结构力学 上海南浦大桥
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结构力学
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结构力学
现代桥梁欣赏
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结构力学
现代桥梁欣赏
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现代桥梁欣赏
桥梁结构：远处为钢结构 桥梁，近处为悬索桥梁。
结构力学的内容(从解决工程实际问题的角度提出) (1) 将实际结构抽象为计算简图； (2) 各种计算简图的计算方法； (3) 将计算结果运用于设计和施工。
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各力学课程的比较：
结构力学
学 科 研究对象 理论力学 质点、刚体
材料力学 结构力学
单根杆件 杆件结构
弹性力学 板壳、实体结构
房屋建筑——梁、柱、楼板、剪力墙、基础等 交通工程——桥梁、隧道、挡土墙、涵洞等 水工建筑——大坝、闸门、采油平台等
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三大结构形式
结构力学
(b)壳体结构
(a)杆系结构
西南科技大学
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(c)实体结构
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建筑物或构筑 物中承受、传递 荷载而起骨架作 用的部分称为结 构。如：房屋中 的框架结构、桥 梁、大坝等。
结构力学
西南科技大学
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结构力学
二、结构分类
结构力学讲义ppt课件
x y
x
结点自由度
y
φ
x
y
x
刚片自由度
2）一个刚片在平面内有三个自由度，因为确定 该刚片在平面内的位置需要三个独立的几何参
数x、y、φ。
4. 约束
凡是能减少体系自由度的装置就称为约束。
6
约束的种类分为：
1）链杆
简单链杆 仅连结两个结点的杆件称为简单 链杆。一根简单链杆能减少一个自由度，故一 根简单链杆相当于一个约束。
FyA
特点： 1) 结构在支座截面可以绕圆柱铰A转动 ； 2) x、y方向的反力通过铰A的中心。
29
3. 辊轴支座
A
A
FyA
特点： 1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； 2) 反力沿链杆方向作用，大小未知。
30
4. 滑动支座（定向支座）
A 实际构造
A
MA
FyA
A
MA
FyA
特点： 1）杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线 位移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；
16
A
I
II
c)
B III C
形成瞬铰B、C的四根链杆相互平行（不等 长），故铰B、C在同一无穷远点，所以三个 铰A、 B、C位于同一直线上，故体系为瞬变 体系（见图c）。
17
二、举例
解题思路： 基础看作一个大刚片；要区分被约束的刚片及
提供的约束；在被约束对象之间找约束；除复 杂链杆和复杂铰外，约束不能重复使用。
高等教育出版社
4
第一章 绪 论
§1-1 结构力学的内容和学习方法
§1-2 结构计算简图
5
§1-1 结构力学的内容和学习方法
一、结构
建筑物或构筑物中 承受、传递荷载而起 骨架作用的部分称为 结构。如：房屋中的 框架结构、桥梁、大 坝等。
x
结点自由度
y
φ
x
y
x
刚片自由度
2）一个刚片在平面内有三个自由度，因为确定 该刚片在平面内的位置需要三个独立的几何参
数x、y、φ。
4. 约束
凡是能减少体系自由度的装置就称为约束。
6
约束的种类分为：
1）链杆
简单链杆 仅连结两个结点的杆件称为简单 链杆。一根简单链杆能减少一个自由度，故一 根简单链杆相当于一个约束。
FyA
特点： 1) 结构在支座截面可以绕圆柱铰A转动 ； 2) x、y方向的反力通过铰A的中心。
29
3. 辊轴支座
A
A
FyA
特点： 1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移； 2) 反力沿链杆方向作用，大小未知。
30
4. 滑动支座（定向支座）
A 实际构造
A
MA
FyA
A
MA
FyA
特点： 1）杆端A无转角，不能产生沿链杆方向的线 位移，可以产生垂直于链杆方向的线位移；
16
A
I
II
c)
B III C
形成瞬铰B、C的四根链杆相互平行（不等 长），故铰B、C在同一无穷远点，所以三个 铰A、 B、C位于同一直线上，故体系为瞬变 体系（见图c）。
17
二、举例
解题思路： 基础看作一个大刚片；要区分被约束的刚片及
提供的约束；在被约束对象之间找约束；除复 杂链杆和复杂铰外，约束不能重复使用。
高等教育出版社
4
第一章 绪 论
§1-1 结构力学的内容和学习方法
§1-2 结构计算简图
5
§1-1 结构力学的内容和学习方法
一、结构
建筑物或构筑物中 承受、传递荷载而起 骨架作用的部分称为 结构。如：房屋中的 框架结构、桥梁、大 坝等。
第1章结构力学绪论课件分解
2. 计算由荷载、温度变化、支座沉陷等因素在结构各 部分所产生的内力，为结构的强度计算提供依据，以保
3. 计算由上述各因素所引起的变形和位移，为结构的 刚度计算提供依据，以保证结构在使用过程中不致发生 过大变形。
4. 分析动力荷载作用下的特性及反应。
四、能力培养
分析能力——选择结构计算简图的能力、对结构受力进行平衡 分析、对结构变形和位移进行几何分析、选择计算方法的能力。 计算能力——计算、校核、判断，需要作大量的习题。 自学能力——消化已学的知识，提取新的知识，以理解为主。 表达能力——作业要整洁、清晰、步骤分明，思路清楚。
结构力学
Struc结tura构l m力ech学anics
第1章 绪 论
§1-1 结构力学的学科内容和教学要求
一、结构的概念与分类 1.概念：由基本构件按一定方式联结而成的承受荷载并传 递荷载的骨架称为结构。 2.分类
（1）按几何特征分：
杆件:由 结杆 构件组成 截， 面长 尺度 寸， 、 如 桁 梁 架 、 、 刚 拱 架 等 薄壁:结 厚构 度 长度、宽度 曲 ， 面 平 为 面 壳 为 ， 板 面 如 、 楼 拱 板 坝 、 实体:结 三构 个方向尺 重 度 力 相 坝 近 、 ， 大 如 土 块 墙 基 等 础 。 、挡
二、课程的主要研究对象
理论力学——研究物体机械运动的基本规律， 静力学:研究的是刚体的平衡问题
材料力学——以研究单个杆件为主 结构力学——研究平面杆件结构 弹塑性力学——研究板、壳、及实体结构
三、学习任务 1. 研究结构的组成规律，以保证在荷载作用下结构各
部分不致发生相对运动。探讨结构的合理形式，以便能 有效地利用材料，充分发挥其性能。
解：（1）
① 结构体系的简化 将该空间结构简化为一平面体系的结构，即取一平 面排架作为研究对象，而不考虑相邻排架对它的影响。 ② 结构构件的简化 柱用其轴线表示，屋架因其平面内刚度很大，故也 可用一直杆表示。 （2） 结点的简化 在该平面排架内的结点只有屋架与柱的连接结点， 一般该结点均为螺栓连接或焊接，结点对屋架转动的约 束较弱，故可简化为铰结点。
3. 计算由上述各因素所引起的变形和位移，为结构的 刚度计算提供依据，以保证结构在使用过程中不致发生 过大变形。
4. 分析动力荷载作用下的特性及反应。
四、能力培养
分析能力——选择结构计算简图的能力、对结构受力进行平衡 分析、对结构变形和位移进行几何分析、选择计算方法的能力。 计算能力——计算、校核、判断，需要作大量的习题。 自学能力——消化已学的知识，提取新的知识，以理解为主。 表达能力——作业要整洁、清晰、步骤分明，思路清楚。
结构力学
Struc结tura构l m力ech学anics
第1章 绪 论
§1-1 结构力学的学科内容和教学要求
一、结构的概念与分类 1.概念：由基本构件按一定方式联结而成的承受荷载并传 递荷载的骨架称为结构。 2.分类
（1）按几何特征分：
杆件:由 结杆 构件组成 截， 面长 尺度 寸， 、 如 桁 梁 架 、 、 刚 拱 架 等 薄壁:结 厚构 度 长度、宽度 曲 ， 面 平 为 面 壳 为 ， 板 面 如 、 楼 拱 板 坝 、 实体:结 三构 个方向尺 重 度 力 相 坝 近 、 ， 大 如 土 块 墙 基 等 础 。 、挡
二、课程的主要研究对象
理论力学——研究物体机械运动的基本规律， 静力学:研究的是刚体的平衡问题
材料力学——以研究单个杆件为主 结构力学——研究平面杆件结构 弹塑性力学——研究板、壳、及实体结构
三、学习任务 1. 研究结构的组成规律，以保证在荷载作用下结构各
部分不致发生相对运动。探讨结构的合理形式，以便能 有效地利用材料，充分发挥其性能。
解：（1）
① 结构体系的简化 将该空间结构简化为一平面体系的结构，即取一平 面排架作为研究对象，而不考虑相邻排架对它的影响。 ② 结构构件的简化 柱用其轴线表示，屋架因其平面内刚度很大，故也 可用一直杆表示。 （2） 结点的简化 在该平面排架内的结点只有屋架与柱的连接结点， 一般该结点均为螺栓连接或焊接，结点对屋架转动的约 束较弱，故可简化为铰结点。
结构力学第一章 绪论和构造分析
计算简图——可以代替某一实际结构用一个简化的简 化图形。
一、确定计算简图的原则 （1） 从实际出发——计算简图要反映结构的主要性能。 （2）分清主次,略去细节——计算简图要便于计算。
二、 计算简图的简化要点 1.结构体系的简化
多数情况下，可以忽略一些次要的空间约束，将实 际空间结构分解为平面结构。
2020/11/24
5、思考题
1. 杆件结构、板壳结构与实体结构的主要差别是什么？
2. 结构力学、材料力学、弹性力学的研究对象的主要 差别是什么？
3. 常见的雨伞、降落伞和气球各属于那种（张拉式薄 膜结构充气式薄膜结构）薄膜结构？
2020/11/24
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20
结构力学 Structural Mechanics
§1-2 结构的计算简图
5
结构力学 Structural Mechanics
桥梁结构
赵州桥
澳门桥
澳门桥
重庆长江大桥
2020/11/24
虎门大桥
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6
结构力学 Structural Mechanics
桥 梁 结 构
斜拉结构－上海南浦大桥
2020/11/24
悬索结构--伦敦塔楼
返回
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7
结构力学 Structural Mechanics
2020/11/24
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18
结构力学 Structural Mechanics
3. 自学能力 • 复习已学的知识——即精读教材； • 摄取新的知识——即阅读参考书; • 理解、分析、概括、整理、运用所学知识。
4. 表达能力 • 作业条理清楚，步骤整齐，计算书书写整洁。
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一、确定计算简图的原则 （1） 从实际出发——计算简图要反映结构的主要性能。 （2）分清主次,略去细节——计算简图要便于计算。
二、 计算简图的简化要点 1.结构体系的简化
多数情况下，可以忽略一些次要的空间约束，将实 际空间结构分解为平面结构。
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5、思考题
1. 杆件结构、板壳结构与实体结构的主要差别是什么？
2. 结构力学、材料力学、弹性力学的研究对象的主要 差别是什么？
3. 常见的雨伞、降落伞和气球各属于那种（张拉式薄 膜结构充气式薄膜结构）薄膜结构？
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结构力学 Structural Mechanics
§1-2 结构的计算简图
5
结构力学 Structural Mechanics
桥梁结构
赵州桥
澳门桥
澳门桥
重庆长江大桥
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虎门大桥
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结构力学 Structural Mechanics
桥 梁 结 构
斜拉结构－上海南浦大桥
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悬索结构--伦敦塔楼
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结构力学 Structural Mechanics
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结构力学 Structural Mechanics
3. 自学能力 • 复习已学的知识——即精读教材； • 摄取新的知识——即阅读参考书; • 理解、分析、概括、整理、运用所学知识。
4. 表达能力 • 作业条理清楚，步骤整齐，计算书书写整洁。
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1_绪论
3、按荷载作用的性质可分为：
静荷载 —— 荷载的大小、方向、位置不随时间变化或变化很缓 慢的荷载。恒载都是静荷载。 动荷载 —— 荷载的大小、方向随时间迅速变化，使结构产生显 著振动，结构的质量承受的加速度及惯性力不能忽 略。化爆和核爆炸的冲击波荷载、地震荷载和风荷 载等都是动力荷载。
结构力学课程的性质和内容安排
3、刚架
静定刚架 刚架的特点：
超静定刚架
⑴ 刚架通常由梁和柱等直杆组成，杆件与杆件连结的结点多为刚结点；
⑵ 荷载作用下杆件截面存在弯矩、剪力和轴力。
4、桁架
静定桁架 特点：
超静定桁架
桁架由直杆组成，所有结点都是铰结点，荷载作用于结点上，各杆 只受轴力；
5、组合结构
组合结构 特点： 组合结构则是由梁式杆和链杆组成，其中梁式杆以受弯为主，内力 不仅有轴力，还有弯矩和剪力。
矩阵位移法（电算）
本章小结
（1）结构是指建筑物或构筑物中承担荷载而起骨架作用的 部分。结构力学的研究对象是平面杆件结构，研究任务是平 面杆件体系的几何组成规律及平面杆件结构的强度、刚度、 稳定性计算和动力反应。 （2）用一理想化的简化模型来代替实际结构，该模型称为 实际结构的计算简图。选择计算简图的两条原则可归纳为“ 反映实际、简化计算”。要通过分析结构的构造特征、受力 特征，并结合经验和实验综合考虑，才能确定出计算简图。 选择计算简图时，要从结构体系、杆件、结点、支座、材 料、荷载等几个方面入手进行简化。 （3）平面杆件结构可划分为梁和刚架、桁架、拱以及组合 结构等几种类型。
三、杆件间连接的简化
(1) 铰结点 铰结点的特点是汇交于结点的 各杆端可以绕结点自由转动， 各杆间可相互传递力，但不能 传递力矩。
(2) 刚结点：汇交于结点的各杆端之间不能发生相对转动，各杆间 可相互传递力和力矩。
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16:07
§1-3 结构的计算简图
2、简化方法
结构力学
(1) 结构整体的简化（如分解为平面结构）； 多数情况下，可以忽略一些次要的空间约束，将 实际空间结构分解为平面结构。
F
注意：有些结 (代 屋 架 杆 ） 构具有明显的空间 EI 特征而不宜简化成 平面结构。
EI
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4. 表达能力
作业条理清楚，步骤整齐，计算书书写整洁。
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16:07
本章思考题
结构力学
1. 杆系结构、板壳结构与实体结构的主要差别是什么？ 2. 动力荷载与静力荷载的主要是什么区别？ 3. 儿童在地面上跳动与在跳跳板上跳动的荷载性质相同吗？ 4. 移动荷载与动力荷载的主要区别是什么? 5. 什么是结构的计算简图? 6. 如何选择结构的计算简图?
结构力学
一、支座：把结构与基础联系起来的装置。
滚轴支座
计算简图 A
A
Fy
C D B
F
xA
F
yA
VA
F
yC
F
yD
F
yB
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16:07
§1-4 支座和结点的类型
2. 固定铰支座(Hinge support) 限制两个方向位移
屋架
沥青麻刀
结构力学
或
A 焊缝
预 HA 埋 钢 板
Fx
柱
Fx Fy Fy
一、与相关课的关系
结构力学
1、“理力”、“材力”是“结构力学”的先修课。
（1）“理力”为“结力”提供基本的力学原理。 （2）“材力”以研究单根杆件为主，“弹力”以研 究实体结构与薄壁结构为主，“结构力学”研究的是杆 系结构。
2、“钢结构”、“钢筋混凝土结构”、“砖石结 构”、“结构抗震”等是“结力”的后继课。
（2）板壳结构——结构的形状是平面或曲面，它的厚度 比长度和宽度小得多。如：楼板、地下连续墙、壳体屋盖。
（3）实体结构——长、宽、厚三个方向尺寸相当。如: 大坝、挡土墙。
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16:07
§1-5 结构的分类
2. 按受力特性的不同分类
结构力学
(1) 梁(Beam)——是一种受弯杆，轴线为直线，有单跨 与多跨的。
结构力学
杆件间不能相对平动，也不能相对转动；结点处既有 x和y 向反力，也有弯矩。
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16:07
§1-4 支座和结点的类型
3. 组合结点 同一结点处，有些杆件为刚结，有些为铰接。
结构力学
组合梁
（加劲梁）
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16:07
§1-5 结构的分类
1. 从几何角度分类
结构力学
（1）杆件结构——由杆件组成的结构（杆件的几何特征 是横截面尺寸比长度小很多）。如：梁、拱、桁架、刚架。
结构力学
(2) 研究结构在荷载等因素作用下的内力（强度）及位移 （刚度）计算。 ☆ 强度——结构在外力作用下是否会破坏的问题。 （如：桥在火车作用下的内力计算问题）。 ☆ 刚度——结构在外力作用下变形是否满足规定值。 （如：桥在火车作用下的位移、挠度、转角计算）。
(3) 研究结构的稳定性及动力荷载作用下的反应。 ☆稳定性——受压构件在轴向压力作下，能否保持其 直线平衡状态。杆件如受压后变弯——失稳
VA
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16:07
§1-4 支座和结点的类型
3. 固定端(Fixed support) 限制三个方向位移
结构力学
细石混凝土
A HA
M
MA
VA
Fx Fy
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16:07
§1-4 支座和结点的类型
4. 滑动支座(Fixed support) 限制两个方向位移
M
结构力学
Fy
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简支梁
悬臂梁
简支外伸梁
多跨连续梁
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§1-5 结构的分类
结构力学
(2) 拱(Arch)：轴线是曲线，竖向荷载作用下产生水平 支承推力。
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16:07
§1-5 结构的分类
结构力学
(3) 刚架(Frame)：由直杆组成，并具有刚结点。 ( bending, shearing and tension or compression） 主要以受弯为主。
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16:07
§1-4 支座和结点的类型
二、结点：结构中杆件相互联结的地方。 1. 铰结点(Hinge joint)
结构力学
杆件间不能相对平动，但可以相对转动；结点具有x 向 和 y 向反力，但无弯矩。
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16:07
§1-4 支座和结点的类型
2. 刚结点(Rigid joint)
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16:07
本章思考题
7. 将下图简化成计算简图。
结构力学
E F B 8.A 梁与拱的区别是什么? F
C
D
9. 刚架与桁架的区别是什么? 10.静定结构与超静定结构的区别是什么?
4. 按内力是否静定分类
静定结构 : 内、反力可由静力平衡条件求出 ( statically det er min ate system) 超静定结构 : 还需要变形条件 ( statically in det er min ate system)
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16:07
本章重点
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16:07
§1-2 荷载的分类
2 、按作用位置是否固定分类
结构力学
固定荷载： 在结构上的作用位置是固定的（如：恒载、 风载、雪载）。
移动荷载： 在结构上的作用位置是移动的（如：汽车荷 载，吊车荷载）。
3、按荷载作用的性质分类
静力荷载： 数量、位置、大小等不随时间变化或变化极 为缓慢，不使结构产生显著的振动，因而惯性力的影响 可以忽略（如：恒载、雪载）。
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16:07
§1-3 结构的计算简图
3、简化实例
结构力学
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§1-3 结构的计算简图
3、简化实例
结构力学
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§1-3 结构的计算简图
3、简化实例
结构力学
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§1-4 支座和结点的类型
1. 活动铰支座(Roller support) 限制一个方向的位移
结构力学 第一章 绪论
§1-1 结构力学研究的对象及任务
§1-2 荷载的分类
§1-3 结构的计算简图
§1-4 支座和结点的类型
§1-5 结构的分类
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16:07
§1-1 结构力学的研究对象及任务
1. 结构
结构力学
建筑物和工程设施中承受、传递荷载而起骨架作用的部分 称为工程结构，简称为结构。 如：房屋结构、 桥梁结构、 大坝结构、特种结构等。
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16:07
本章重点
2. 计算能力
结构力学
（1）对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力; （2）对计算体系进行定量校核或定性判断的能力; （3）初步具有使用结构计算程序的能力。
3. 自学能力 自学能力就是在没有教师指导的情况下自
己获取知识的能力，它包括三个方面：
（1）复习已学的知识——即精读教材； （2）摄取新的知识——即阅读参考书; （3）理解、分析、概括、整理、运用所学知识。
1．受力特性（荷载的大小、方向、作用位置）； 2．几何特性（构件的轴线、形状、长度）；
3．支承特性（支座的约束反力性质、杆件连接形式）。 选取计算简图的原则： （1）正确反映实际结构的受力情况和主要性能。 （2）略去次要因素，便于分析和计算。
选取计算简图时应考虑的因素： （1）结构的重要性； （2）设计阶段； （3）计算问题的性质；（4）计算工具。
研究质点，质点系，刚体;
材料力学:
研究单个杆件;
结构力学: 研究由杆件系统（Framed Structure）组 成的工程结构, 即 杆系结构 ; 弹性力学: 研究杆件（更精确）、板、壳、及块 体等非杆状结构。
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16:07
§1-1 结构力学的研究对象及任务
3. 结构力学的研究任务
(1) 研究结构的组成规则和合理形式。
中国民航飞机钢结构
88层高 420m （曾名列 亚洲第一、 世界第三）
世界第一拱 长江三峡工程 宇宙飞船 (钢结构跨径550m)
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斜拉桥
水利工程的拱坝
高速列车
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上海金贸大厦
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16:07
§1-1 结构力学的研究对象及任务
2. 结构力学的研究对象 结构力学: 理论力学: 结构+力学
结构力学
几门力学课程研究对象比较:
间接荷载（结点荷载）： 荷载不是直接作用而是通过 纵横梁系间接地作用于结构（主梁上的荷载）。
F =1
纵梁
A D C E
横 梁 (节 点 )
B
主梁
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16:07
§1-3 结构的计算简图
受力图形来表示。
结构力学
1、计算简图： 将一个具体的工程结构物用一个简化的